Экспериментальный конвертоплан Hiller X-18 (США)

Компания Hiller Aircraft с начала пятидесятых годов принимала активное участие в исследованиях перспективных схем летательных аппаратов и регулярно выступала с новыми предложениями. В 1954 году военно-воздушные силы США заметили потенциал предлагаемых конструкций и начали рассматривать компанию в качестве возможного подрядчика в рамках одного из будущих проектов. Тем не менее, в силу разных причин, компании пришлось ждать подобный заказ в течение нескольких лет. Стоит отметить, что это время не было потрачено впустую.

В 1957 году ВВС США, успевшие изучить и подтвердить на практике потенциал схемы с поворотным крылом, выдали компании «Хиллер» контракт на разработку и строительство нового конвертоплана этого класса. В обозримом будущем требовалось представить проект, построить опытную машину и испытать ее на всех режимах. Изначальная стоимость контракта составляла 4 млн долларов.

В соответствии с техническим заданием заказчика, компания-разработчик должна была создать летательный аппарат вертикального взлета с поворотным крылом и двумя несущими винтами. Требовалось обеспечить возможность взлета и посадки «по-вертолетному»; в горизонтальном полете скорость должна была достигать 630-640 км/ч. Также следовало предусмотреть возможность эксплуатации техники на существующих аэродромах. В отличие от чистого демонстратора технологии VZ-2, новая машина должна была показывать возможность строительства крупных и тяжелых образцов своего класса. Наконец, при создании перспективного «тилтвинга» следовало использовать преимущественно существующие материалы и технологии.

Перспективный проект летательного аппарата вертикального взлета получил официальное обозначение X-18. Компания-разработчик также использовала рабочее название Model 1048.

С целью ускорения и упрощения разработки, а также с учетом определенных требований заказчика компания Hiller Aircraft решила строить новый конвертоплан на основе существующего военно-транспортного самолета. В качестве основного источника узлов и агрегатов решили использовать серийный самолет Chase XC-122C. Он должен был «поделиться» некоторыми частями фюзеляжа и его внутреннего оснащения, а также хвостовым оперением. Прочие элементы конструкции планировалось разрабатывать с нуля.

Проектом Model 1048 / X-18 предлагалась стандартная для tiltwing-аппаратов архитектура. На верхней части фюзеляжа следовало монтировать на шарнире крыло с двумя винтомоторными группами. В зависимости от требуемого режима полета пилот мог менять положение крыла, двигателей и воздушных винтов. Также в новом проекте предлагалось использовать отбор мощности от двигателей для привода хвостовых рулевых винтов. Впоследствии от дополнительных винтов отказались в пользу отдельного турбореактивного двигателя с газовыми рулями.

Существующий транспортный самолет Chase XC-122C имел цельнометаллический фюзеляж каркасной конструкции. Для использования в новом проекте фюзеляж был удлинен при помощи дополнительной секции в средней части. При этом общие особенности конструкции оставались без изменений. Имелся носовой обтекатель со скругленной передней частью и прямоугольным сечением в задней. Большая часть фюзеляжа имела прямоугольное сечение. В хвосте предусматривалось сужение, при помощи которого образовывалась хвостовая балка, служащая основой для оперения.

Компоновка корпуса, в сравнении с базовым транспортником, подверглась самым серьезным изменениям. В носовой части сохранили двухместную пилотскую кабину. Позади нее имелся отсек, в котором помещались некоторые элементы топливной системы и т.д. Выше этого отсека на фюзеляже располагались шарнирные устройства для установки поворотного крыла. В хвосте фюзеляжа, до его сужающейся части, находился турбореактивный двигатель, используемый в составе систем управления.

Крыло для нового конвертоплана было разработано с нуля в соответствии со специфическими требованиями. Использовалась цельнометаллическая конструкция прямоугольной в плане формы. В центральной части крыла имелся крупный вырез, необходимый для правильного взаимодействия с фюзеляжем на определенных режимах. В центре каждой консоли предусматривалась крупная гондола для монтажа двигателей и редукторов. Задняя кромка полностью отдавалась под монтаж механизации. В корневой части крыла находились крупные закрылки, вблизи законцовок – элероны. Управление положением крыла осуществлялось при помощи пары гидравлических цилиндров, помещенных на бортах фюзеляжа под специальными обтекателями.

Хвостовое оперение без серьезных изменений заимствовалось у транспортного самолета XC-122C. На хвостовой балке крепился киль большой высоты со стреловидной передней кромке. Также летательный аппарат получал стабилизатор небольшой стреловидности с выраженным поперечным V. Все плоскости оперения оснащались рулями, необходимыми для управления в горизонтальном полете.

Согласно требованиям заказчика и расчетам разработчика, перспективный «тилтвинг» должен был отличаться большими размерами и массой. Из-за этого машине требовалась силовая установка соответствующей мощности. Проблема получения требуемой тяги воздушных винтов была решена самым интересным образом. В гондоле крыла предлагалось бок о бок помещать по два турбовинтовых двигателя Allison T40-A-14 мощностью по 5500 л.с. каждый. Двигатели соединялись общим редуктором, выводившим мощность на валы винтов. Силовая установка прикрывалась обтекателем оригинальной конструкции. Редуктор закрывался обтекателем, являвшимся частью крыльевой гондолы. Под ним находился сдвоенный воздухозаборник большой ширины, отвечавший за подачу атмосферного воздуха к обоим двигателям. Наличие такого заборного устройства придавало мотогондоле характерный внешний вид.

Hiller X-18 получил два несущих винта, по одному на каждой консоли крыла. Пара двигателей полукрыла приводила в движение два соосных трехлопастных винта, вращавшихся в разных направлениях. Применялись воздушные винты диаметром 4,8 м, разработанные компанией Aeroproducts.

В ранних версиях проекта управление во время вертикального полета и на переходных режимах предлагалось осуществлять при помощи отдельных рулевых винтов, помещенных в хвосте и соединенных с двигателями достаточно сложной трансмиссией. Впоследствии от этой идеи отказались. Теперь в центральной части фюзеляжа предлагалось устанавливать турбореактивный двигатель Westinghouse J34 тягой более 1500 кгс. С соплом двигателя соединялась длинная труба, проходящая под хвостовой балкой фюзеляжа. За хвостовым срезом фюзеляжа располагалось устройство с несколькими газовыми рулями, позволявшими управлять направлением истечения струи двигателя.

Базовый самолет имел убирающееся в полете шасси, но некоторые особенности нового проекта не позволили сохранить эти черты техники. Опытный конвертоплан X-18 сохранял трехточечную схему стоек, однако теперь они были жестко зафиксированы в выпущенном положении. Носовая стойка с двумя колесами меньшего диаметра находилась под кабиной и могла вращаться вокруг вертикальной оси. На бортах, ниже шарнира крыла, крепились две основные стойки, на каждой из которых находилось по одному более крупному колесу.

Управлять летательным аппаратом должен был экипаж из двух человек, находящийся в носовой кабине. Приборы контроля и органы управления заимствовались у базового XC-122C. При этом, однако, приборные доски и средства управления были переработаны требуемым образом. При помощи новых стрелочных индикаторов экипаж мог контролировать все пять двигателей, следить за положением крыла и т.д. Контроль в полете осуществлялся при помощи нескольких рукояток управления двигателями и штурвала. Самым крупным и заметным нововведением кабины стал рычаг управления положением крыла.

Как и другие конвертопланы с поворотным крылом, Hiller X-18 должен был использовать специфическую комбинированную систему управления, способную решать поставленные задачи на всех режимах полета. При горизонтальном положении крыла аппарат мог летать «по-самолетному». Управление в таком режиме осуществлялось при помощи элеронов крыла и рулей хвостового оперения. Вертикальный взлет и посадка должны были выполняться при помощи иных средств управления. Контроль за креном осуществлялся путем дифференцированного изменения тяги несущих винтов – для этого изменялась мощность двигателей. По тангажу и рысканью машина управлялась хвостовыми газовыми рулями. На переходных режимах предлагалось использовать соответствующие комбинации аэродинамических и газовых рулей.

Длина экспериментального «тилтвинга» должна была достигать 19,2 м, размах крыла – 14,63 м. Высота без учета несущих винтов – 3,35 м. Площадь крыла – 18,8 кв.м. Масса пустого летательного аппарата определялась на уровне 12,15 т, максимальная взлетная – 14,7 т. По расчетам, максимальная скорость в горизонтальном полете должна была превышать 400-405 км/ч. Потолок – 10,8 км. Несмотря на наличие крупного фюзеляжа, фактически новый X-18 мог брать на борт только двух членов экипажа. Возможность перевозки какой-либо полезной нагрузки помимо записывающей аппаратуры отсутствовала.

Следует отметить, что размеры и взлетный вес позволили конвертоплану X-18 установить своеобразный рекорд. Он стал самым крупным и тяжелым летательным аппаратом вертикального взлета своего времени. Тем не менее, такой рекорд продержался не слишком долго. Вскоре силами американских и зарубежных конструкторов были созданы новые машины, более крупные и тяжелые.

К концу 1958 года компания Hiller Aircraft построила опытный летательный аппарат новой модели. Вскоре машину отправили аэродром Моффетт, где планировалось провести первые испытания. В связи с экспериментальным характером проекта первые проверки осуществлялись на земле и подразумевали использование двигателей и систем управления на разных режимах. До завершения отработки всех бортовых систем подниматься в воздух не планировалось.

На наземные испытания ушло достаточно много времени. Приступить к летным испытаниям удалось только в ноябре 1959 года. Подобные проверки решили начать с полетов «по-самолетному». 20 ноября прототип выполнил разбег и совершил первый подлет длиной в несколько сотен метров, после чего сел. Через четыре дня летчики-испытатели Джордж Брайт и Брюс Джонс выполнили первый полноценный полет. После нескольких проверок на авиабазе Моффетт машину перевели на аэродром Эдвардс, где испытания были продолжены под надзором военно-воздушных сил.

Целью первых испытательных полетов была проверка поведения машины при горизонтальном положении крыла. Такие взлеты осуществлялись с разбегом по полосе; при этом летательный аппарат внешне походил на обычный самолет, имеющий крыло уменьшенного размаха. Установив характеристики в горизонтальных полетах, испытатели перешли к проверке техники на переходных режимах. Выполнялись новые полеты, в ходе которых экипаж устанавливал крыло на разные углы. Постепенно угол атаки был доведен до 50°.

В июле 1961 года летчики-испытатели приступили к выполнению 20 тестового полета. Выполняя установленную программу, пилоты подняли машину на высоту 10 тыс. футов (3048 м), однако в этот момент начались проблемы. Произошел отказ систем управления одной из винтомоторных групп, из-за чего конвертоплан вошел в нисходящую спираль. Пилотам удалось восстановить контроль и выполнить посадку. Расследование причин инцидента привело к самым серьезным последствиям для всего проекта.

В ходе двух десятков испытательных полетов специалисты компании «Хиллер» и военно-воздушных сил успели составить список преимущество и недостатков оригинального проекта. Явным преимуществом считалась простота пилотирования в горизонтальном полете: на таких режимах машина мало чем отличалась от самолетов со схожими характеристиками. Кроме того, важнейшим преимуществом была теоретическая возможность взлета и посадки как с полноценных аэродромов, так и с площадок малого размера.

В ходе летных испытаний пилоты подвергли критике систему управления по крену при помощи изменения тяги винтов. Турбовинтовые двигатели имели недостаточную приемистость, из-за чего тяга несущего винта изменялась с заметным опозданием. В ряде ситуаций это было связано с большими рисками. Анализ последнего испытательного полета показал, что возникшей ситуации можно было избежать, используя иную трансмиссию. Конвертоплану требовался дополнительный вал, синхронизирующий редукторы несущих винтов. Именно его отсутствие едва не привело к катастрофе.

Переработку проекта в связи с выводами испытаний посчитали нецелесообразной. Она потребовала бы изменения неприемлемо большого числа узлов и агрегатов, а также могла занять слишком много времени. Тем не менее, X-18 еще не проверялся на «вертолетных» режимах, из-за чего испытания нельзя было завершать. Был найден достаточно простой выход. Все новые проверки теперь предлагалось проводить с использованием специального наземного стенда. Он позволял поднять опытную машину на некоторую высоту над землей, но при этом не позволял ей упасть в случае какой-либо аварии.